(57)【要約】【課題】  レンズから数センチの距離にある被写体から遠景まで、はっきり写る被写界深度の大きな写真を撮影することを可能にする。【解決手段】  焦点距離ｆと口径Ｄの比ｆ／Ｄの小さな対物レンズを通した被写体像を、これと所定の距離を離して置かれた投影レンズによって撮像面に投影する。撮影像は対物レンズによって形成される投影レンズの縮小像によって撮影される像と等価なものになるが、縮小倍率を十分小さくとれば口径が極めて小さい広角レンズで撮影することと同じになり、大深度の接写撮影が可能になる。対物レンズには凸レンズと凹レンズのどちらでも使用することができ、被写体のより近くに接近するためには凸レンズを用いることが好ましく、一眼レフに取り付けたときファインダーで正立像が見えるようにするには凹レンズを用いればよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点距離ｆと口径Ｄの比ｆ／Ｄが２より小さい対物レンズ（凸レンズ）と、該対物レンズから４ｆ以上離れて置かれた投影レンズからなり、被写体の像を対物レンズと投影レンズを通して撮像面に投影することを特徴とする大深度接写レンズ系。
【請求項２】
焦点距離ｆと口径Ｄの比ｆ／Ｄが２より小さい凸レンズ二枚を横に並べた対物レンズと、該対物レンズから４ｆ以上離れて置かれた投影レンズからなり、被写体の左右視点像を対物レンズと投影レンズを通して撮像面に投影することを特徴とする大深度接写レンズ系。
【請求項３】
焦点距離ｆと口径Ｄの比ｆ／Ｄの絶対値が２より小さい対物レンズ（凹レンズ）と、該対物レンズから−２ｆ以上離れて置かれた投影レンズからなり、被写体の像を対物レンズと投影レンズを通して撮像面に投影することを特徴とする大深度接写レンズ系。
【請求項４】
焦点距離ｆと口径Ｄの比ｆ／Ｄの絶対値が２より小さい凹レンズ二枚を横に並べた対物レンズと、該対物レンズから−２ｆ以上離れて置かれた投影レンズからなり、被写体の左右視点像を対物レンズと投影レンズを通して撮像面に投影することを特徴とする大深度接写レンズ系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小さな被写体を接写するに際し、近距離にある被写体から遠景まではっきり写るような深度の深い撮影像を得ることを可能にする撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフィルムカメラを使った接写には、焦点距離の短いレンズを使い、これに接写リングやベローズを組み合わせて撮影する方法や、専用の接写レンズを使う方法などがある。これらの方法によって撮影される像は被写界深度が浅く、バックがぼけて被写体が浮き出るような写真になり、このような写真は被写体を引き立てる一つの表現として歓迎されているが、一方で遠景までくっきり写った写真にはこれとは違った迫力があり、被写体から遠景までカバーする大きな深度の写真を撮りたいというニーズもある。
【非特許文献１】栗林慧著  栗林慧全仕事
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
大深度の接写を可能にするには、単純には口径（あるいは瞳径）の小さなレンズで広角撮影をすればよい。このことは小さな撮像素子を使うビデオカメラでは比較的容易に実現可能であるが、一眼レフなどのフィルムカメラでは構造上実現が困難である。これに対し特殊な光学系を使ってこの問題を解決し、極めて被写界深度の大きな接写撮影を可能にしたとの
【非特許文献２】もあるが、その内容は十分に公表されていないため第三者が実施することは困難である。
【０００４】
本発明の課題は一眼レフの光学系にも適応可能な大深度接写レンズ系を提案することであり、加えてステレオ写真の撮影をも可能にする大深度接写レンズ系を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１は、焦点距離ｆと口径Ｄの比ｆ／Ｄが２より小さい対物レンズ（凸レンズ）と、該対物レンズから４ｆ以上離れて置かれた投影レンズからなり、被写体の像を対物レンズと投影レンズを通して撮像面に投影することを特徴とする大深度接写レンズ系である。
【０００６】
本発明の請求項２は、焦点距離ｆと口径Ｄの比ｆ／Ｄが２より小さい凸レンズ二枚を横に並べた対物レンズと、該対物レンズから４ｆ以上離れて置かれた投影レンズからなり、被写体の左右視点像を対物レンズと投影レンズを通して撮像面に投影することを特徴とする大深度接写レンズ系である。
【０００７】
本発明の請求項３は、焦点距離ｆと口径Ｄの比ｆ／Ｄの絶対値が２より小さい対物レンズ（凹レンズ）と、該対物レンズから−２ｆ以上離れて置かれた投影レンズからなり、被写体の像を対物レンズと投影レンズを通して撮像面に投影することを特徴とする大深度接写レンズ系である。
【０００８】
本発明の請求項４は、焦点距離ｆと口径Ｄの比ｆ／Ｄの絶対値が２より小さい凹レンズ二枚を横に並べた対物レンズと、該対物レンズから−２ｆ以上離れて置かれた投影レンズからなり、被写体の左右視点像を対物レンズと投影レンズを通して撮像面に投影することを特徴とする大深度接写レンズ系である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の大深度接写レンズ系によれば、レンズから数センチ離れた被写体を接写撮影しても、遠景まではっきり見えるような大きな被写界深度を持った写真を撮影することができる。実際には一眼レフなどのフィルムカメラやレンズ交換が可能なデジタルカメラ、ビデオカメラなどに接写用交換レンズとして提供することができ、また本レンズ系を使って接写専用のカメラを作ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に本発明請求項１の大深度接写レンズ系を平面図をもって示す。以下の各実施例はその光学系のみを表し、レンズを前後させてピント合わせをする機構や光学系を収納するケースや構造材は省略する。本光学系は対物レンズ１と投影レンズ２を通して被写体５の像７を撮像面４に投影するもので、光量を調節する絞り３は投影レンズ２に備えられる。対物レンズ１と投影レンズ２は単レンズで描かれているが実際には複数の単レンズを組み合わせて収差を減じたものを使うのが好ましく、撮像面４はフィルムカメラではフィルムの感光面、デジタルカメラやビデオカメラではＣＣＤなど電気的な撮像素子の撮像面である。
【００１１】
被写体５の像はまず対物レンズ１によって倒立像６が形成され、さらに倒立像６から投影レンズ２によって正立像７が形成される。このときの撮影像７は対物レンズ１による投影レンズ２の像８によって撮影されるものと等価であるから、対物レンズ１に焦点距離ｆと口径Ｄの比ｆ／Ｄが小さいものを使い、投影レンズ２との距離Ｋをｆに比べて十分大きくとって像８を縮小像とすれば、結果として小口径レンズで広角撮影を行うのに等しいことになる。このようにして大深度撮影の条件が成り立ち、大深度接写撮影が可能になるのである。
【００１２】
撮影される像の深度を大きくするためには画角をできるだけ大きくとる必要があるが、撮影可能な最大画角は２tan-1（Ｄ／２ｊ）であり、ｊ＝ｆＫ／（Ｋ−ｆ）であるため対物レンズ１にはｆ／Ｄの小さなものを使わなければならない。具体的にはｆ／Ｄは２より小さいことが望ましい。また小さな被写体に接近するためには小口径のレンズであるほうが邪魔にならず好ましい。さらにｆ／Ｄが小さな高性能レンズは製作が難しく、特に口径が大きいものは高価であるため、対物レンズ１に小口径のものを使うことはコスト面でも有利である。実際に口径１０ないし１５mmで、ｆ／Ｄが１程度の対物レンズを使った実験で極めて深度の大きな撮影が可能なことを確認している。
【００１３】
加えて深度の大きな像とするためには縮小像８を十分小さくする必要がある。このために対物レンズ１と投影レンズ２の距離Ｋをｆに比較して大きくとり、縮小倍率を小さくする。実際にはＫ≧４ｆとして縮小倍率を１／３以下にすることが好ましい。なお瞳径の調節は対物レンズ１による絞り３の像９によって等価的に行われることになる。
【００１４】
図１において１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂであるから、Ｋを可変にしてｂを変えればａが変化し、ピント調節することができる。また投影レンズ２の焦点距離をＦとすると１／Ｆ＝１／ｃ＋１／Ｌが成り立つから、Ｌの長さを可変にしてｃを変え、ｂ＝Ｋ−ｃを通じてｂを変化させてピントを合わせることもできる。
【００１５】
対物レンズ１に１０〜１５mmあるいはそれ以下の口径のレンズを使い３５mmフィルムに撮影するとすれば、Ｌ＞ｃとして倒立像６を拡大投影する必要がある。ｃとｂの比較からも投影レンズの焦点距離Ｆはｆの数倍以上であることが望ましく、その結果Ｌも大きくなり図１は全体として望遠レンズのような細長い形状を形作る。例えばＤ＝１０mm，ｆ＝１０mm，Ｆ＝５０mm，Ｌが約３００mm，Ｋが約７０mmといった値となる。
【００１６】
撮影像の画質を大きく左右するのは対物レンズ１であるから、画質を重視するなら収差の少ない高品質の組み合わせレンズを使うのが好ましい。逆に多少の収差があってもかまわないのであれば対物レンズ１にボールレンズや半球レンズを使うこともできる。
【００１７】
以上説明した光学系は、簡単な変更で左右視点像を撮影するステレオ写真に応用することができる（請求項２）。具体的には図３に示すように図１の装置の対物レンズ１を二枚の凸レンズ１Ｒ，１Ｌに変えるだけでよい。変更部分は対物レンズのみであり投影レンズ２から撮像面４までは図１のままである。
【００１８】
１Ｒ，１Ｌを投影レンズ２の側から見た様子を図４に示した。両レンズは対物レンズ１と同じ条件を満たす同等なレンズで、レンズ間に隙間を作らないように切断し接合されている。図中には撮影枠の主光線が通過する範囲を波線１９で示してあるが、レンズの境界で分けられる左右半分ずつが、それぞれ１Ｒ，１Ｌによる投影レンズ２の像である図３の８Ｒ，８Ｌを視点位置とした左右視点像となる。このとき両レンズの対称軸（中心）１８Ｒ，１８Ｌが左右両撮影枠の中心より内側に位置するようにすれば、左右各像の視野範囲を内向きにする事ができ、レンズの近くに存在する被写体を左右各視野の中心に位置させることが可能である。レンズ１Ｒ，１Ｌは実際に二枚のレンズを切断して並べたものでもよいが、同等な形状を型を使って一体成型したものでももちろん構わない。このようにして撮影される写真は正立像としたとき右視点像が左、左視点像が右にある交差法で観察する配置のステレオ写真になる。
【００１９】
以上対物レンズに凸レンズを使った大深度接写レンズ系について説明したが、対物レンズに凹レンズを使って大深度接写レンズ系を構成することも可能である。図２に請求項３の大深度接写レンズ系を平面図をもって示す。本光学系は対物レンズ１０と投影レンズ１１を通して被写体１４の像１５を撮像面１３に投影するもので、光量を調節する絞り１２は投影レンズ１１に備えられる。本装置は図１の対物レンズ１を凹レンズ１０に変更したもので、投影レンズ１１から撮像面１３までは図１の投影レンズ２から撮像面４までと同じである。ここでも凹レンズである対物レンズ１０は単レンズで描かれているが、実際には複数の単レンズを組み合わせて収差を減じたものを使えばより好ましい。
【００２０】
図２のレンズ系では対物レンズ１０によって投影レンズ１１の縮小像１６が投影レンズ１１と同じ側に形成され、このレンズ系で撮影される像はレンズ像１６によって撮影される像と等価になる。従って対物レンズ１０に焦点距離ｆと口径Ｄの比ｆ／Ｄの絶対値が小さいものを使い、投影レンズ１１との距離Ｍを−ｆに比べて十分大きくとって像１６を十分小さくすれば、結果として小口径レンズで広角撮影を行うのに等しいことになる。このようにして請求項１と同様大深度撮影の条件が成り立ち、大深度接写撮影が可能になる。
【００２１】
本光学系で撮影可能な最大画角は２tan-1（Ｄ／２ｄ）であり、ｄ＝ｆＭ／（ｆ−Ｍ）であるため対物レンズ１０にはｆ／Ｄの絶対値が小さなものを使わなければならない（凹レンズであるのでｆは負の値をとる）。請求項１と同様にｆ／Ｄの絶対値は２より小さいことが望ましい。また図１ではレンズ像８が対物レンズ１から被写体５側にｊだけ寄った位置にあるのに対し、図２では逆に対物レンズ１０から投影レンズ１１側にｄだけ寄った位置にある。このため同じ倍率で撮影するためには、図２の光学系では図１の光学系よりｊ＋ｄだけ被写体により接近しなければならず、ワーキングディスタンスをとれない点で若干不利である。従ってｄはできるだけ小さい方が好ましく、対物レンズ１０には対物レンズ１以上に小口径で短焦点距離のものを使うことが望まれる。具体的には対物レンズ１０には口径１０mm以下のものを使うことが好ましい。一方図１の光学系では投影像７が正立像になるため、一眼レフに取り付けたときファインダーの像が倒立像になって使いにくいという問題があるが、図２の光学系では投影像１５が倒立像であるためこのような問題を生じない。また図１の光学系では対物レンズの周辺での屈折角が大きく、像周辺部での収差、とりわけ歪曲収差が大きくなる傾向が強いのに対し、図２の光学系では周辺での屈折角が小さくてすむために像周辺部の収差も比較的少ない。
【００２２】
レンズ像１６は十分小さくなければならないため、距離Ｍをｆの絶対値に比べて大きくとり縮小倍率を小さくするが、請求項１と同様に縮小倍率を１／３にするためにはＭ≧−２ｆであれば良い。ピント合わせはＭないしＬを調整して行う。請求項１に比べて対物レンズと投影レンズの距離が短い分全体の長さも若干短くなり、例えばＤ＝１０mm，ｆ＝−１０mm，Ｆ＝５０mm，Ｍ＝５０〜５５mm，Ｌが約３００mmといった値となる。
【００２３】
図２のように被写体側に凹レンズ、カメラ側に凸レンズを組み合わせたレンズ系は、一眼レフ用の広角レンズに一般的に使われているものであるがその目的は全く異なる。一眼レフではレンズとフィルムの間にシャッターやミラーを置くスペースが必要であり、短焦点距離のレンズをフィルムに近い位置に置くことができない。そのため図２のように凹レンズと凸レンズを組み合わせてＬを伸ばし、必要な距離を確保するのである。
【００２４】
図２の光学系も同様に簡単な変更で左右視点像を撮影するステレオ写真に応用することができる（請求項４）。具体的には図５に示すように図２の装置の対物レンズ１０を二枚の凹レンズ１０Ｒ，１０Ｌに変えるだけでよい。変更部分は対物レンズのみであり投影レンズ１１から撮像面１３までは図２のままである。
【００２５】
１０Ｒ，１０Ｌを投影レンズ１１の側から見た様子を図６に示した。両レンズは対物レンズ１０と同じようにｆ／Ｄの絶対値が２よりも小さいという条件を満たすが、両レンズの透過光が混じらないように平凹レンズを用い、レンズ間に隙間を作らないように切断し接合され、使われない部分２２Ｒ，２２Ｌが切除されている。図中には撮影枠の主光線が通過する範囲を波線２１で示してあるが、レンズの境界で分けられる左右半分ずつが、それぞれ１０Ｒ，１０Ｌによる投影レンズ１１の像である図５の１６Ｒ，１６Ｌを視点位置とした左右視点像となる。このとき両レンズの対称軸（中心）２０Ｒ，２０Ｌが左右両撮影枠の中心より外側に位置するようにすれば、左右像の視野範囲を内向きにする事ができ、レンズの近くに存在する被写体を左右各視野の中心に位置させることが可能である。レンズ１０Ｒ，１０Ｌは実際に二枚のレンズを切断して並べたものでもよいが、同等な形状を型を使って一体成型したものでももちろん構わない。このようにして撮影される写真は正立像としたとき右視点像が右、左視点像が左にある平行法で観察する配置のステレオ写真になる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の大深度接写レンズ系は一眼レフフィルムカメラの交換レンズとして利用できるほか、近年普及し始めてきたデジタル一眼レフやビデオカメラなどに応用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】請求項１による大深度接写レンズ系の平面図である。
【図２】請求項３による大深度接写レンズ系の平面図である。
【図３】請求項２の大深度接写レンズ系の部分平面図である。
【図４】図３の対物レンズを投影レンズ側から見た図である。
【図５】請求項４の大深度接写レンズ系の部分平面図である。
【図６】図５の対物レンズを投影レンズ側から見た図である。
【符号の説明】
【００２８】
１，１Ｒ，１Ｌ  ・・・  対物レンズ（凸レンズ）
２  ・・・  投影レンズ
３  ・・・  絞り
４  ・・・  撮像面
５  ・・・  被写体
６  ・・・  対物レンズによる倒立像
７  ・・・  投影された正立像
８  ・・・  対物レンズによる投影レンズの像
８Ｒ，８Ｌ  ・・・  １Ｒ，１Ｌによる投影レンズの像の中心位置
９  ・・・  対物レンズによる絞りの像
１０，１０Ｒ，１０Ｌ  ・・・  対物レンズ（凹レンズ）
１１  ・・・  投影レンズ
１２  ・・・  絞り
１３  ・・・  撮像面
１４  ・・・  被写体
１５  ・・・  投影された倒立像
１６  ・・・  対物レンズによる投影レンズの像
１６Ｒ，１６Ｌ  ・・・  １０Ｒ，１０Ｌによる投影レンズの像の中心位置
１７  ・・・  対物レンズによる絞りの像
１８Ｒ，１８Ｌ  ・・・  １Ｒ，１Ｌの対称軸
１９  ・・・  撮影枠
２０Ｒ，２０Ｌ  ・・・  １０Ｒ，１０Ｌの対称軸
２１  ・・・  撮影枠
２２Ｒ，２２Ｌ  ・・・  使用されないため切除された部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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